Johdatus aurinkolämpöön EU-projekti: Extend Accredited Renewables Training for Heating (EARTH) SOLPROS Joulukuu 2006
EU EARTH = aurinkolämpöjärjestelmien asentajakoulutuksen laatuun huomiota Uudet ratkaisut eivät pelkästään teknologiaa, vaan ovat kokonaisratkaisuja Lämmitysjärjestelmän asentamisen laatuun kiinnitettävä huomiota Eurooppalainen yhteistyö uusiutuvien lämmitysjärjestelmien asentajakoulutuksessa kasvaa Extend Accredited Renewables Training for Heating (EARTH) www.earth-net.info copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 2
Miksi energiakysymykset rakennuksissa ovat tärkeitä? Rakennettu ympäristö vastaa lähes puolesta (>40%) energiasta ja päästöistä EU:ssa Energia ja ilmasto keskeinen maailmanlaajuinen kysymys seuraavien 50 vuoden aikana Julkinen sektori säätelee rakennusten energia- ja ympäristövaikutuksia jatkossakin (esim. direktiivit) Rakennuksen käyttöikä on 40-50 vuotta (peruskorjaus) copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 3
Lämmityksen strategiset luvut Rakennusten lämmitys 22% kaikesta energiasta Lähde: Tilastokeskus, 2005 copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 4
Pientalojen lämmityksen haasteita Öljylämmityksen osuus 25% 260.000 öljy-pienkiinteistöä energiankulutus on 8,4 TWh/v kattiloiden keski-ikä >17 vuotta 100.000 kattilaa saneerausiässä Sähkölämmityksen osuus 24% sähkönkulutus on 8,1TWh/v exergia hyötysuhde huono merkittävä huippusähkön aiheuttaja Öljy- ja sähkölämmityksessä merkittävä säästöpotentiaali öljykattilan saneeraus+uusiutuvat lämpöpumpun asentaminen +? 30-70% lämmitysenergiasta pois 24 % 34 % puu 11 % 5 1 % 25 % öljy lämmitystavat asuintaloissa (pl. kerrostalot) maakaasu lämpöpumppu kaukolämpö sähkölämmitys copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 5
Lämmitysjärjestelmän saneeraus kannattaa case öljylämmitys ja uusiutuvat Öljykattilan saneeraus + aurinkolämpö tai puu jopa 50%:n öljysäästö Bioöljy+aurinkolämpö 75-100% säästö fossiilisissa polttoaineissa ja CO 2 päästöissä Oil Road Map, HÖYLÄ 2 ohjelma toteuttavat copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 6
Aurinkoenergia rakennuksissa Aurinkoenergia penetroituu voimakkaasti Euroopan ja Kiinan markkinoille Itävallassa 10% pientaloista hyödyntää aurinkolämpöä; Saksa kasvaa nopeasti; Kiinassa 5 milj. järjestelmää /vuosi; Espanjassa pakollinen Suomessa täydentävä lämmitysmuoto mm. öljylämmityksen yhteydessä; 400 järjestelmää/vuosi, kasvu yli 20%/v copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 7
Aurinkolämpö EU:ssa Saksassa noin 500.000 pientaloa,jossa aurinkolämpöä, Itävallassa 250.000 aurinkotaloa EU:ssa 1000-kertaa enemmän aurinkolämpöä kuin Suomessa Suomessa tavoitteena 10.000 järjestelmää vuoteen 2010 copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 8
Aurinkolämpö Suomessa 1988-2004 Aurinkolämmön määrä 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 aurinkolämmön tuotto GJ/v kokonaisala, m2 vuosivolyymi, m2/v 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 year copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 9
Esimerkki aurinkolämmöstä Suomessa: Ekoviikki KOHDE KERÄIN/VARAAJA AURINKOLÄMMITYS KALLISTUS KERÄININTEGROINTI ATT 1 120/6 (m 2 /m 3 ) Lkv+lattialämmitys 45 o keräimet huoltorakennuksen katto ATT 2 248/12.5 Lkv+lattialämmitys 20 kattointegrointi VVO 172/8,5 Lkv 25 kattointegrointi Skanska 1 116/10 Lkv+lattialämmitys 55 kattointegrointi Skanska 2 216/4.5+10 Lkv+lattialämmitys 55 kattointegrointi Skanska 3 212/12.5 Lkv 55 ESY 80/4.5 Lkv+lattialämmitys 60 keräimet katon päällä Helas 80/4.5 Lkv 30 keräimet katon päällä copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 10
Aurinkolämmön tekniikka ja talous Aurinkolämpö tänään EU 6.000 GWh (+25%/v), Suomi 4 GWh aurinkolämpö 5-30% koko lämmöstä 0,05-5 GWh/v lämpökuormille Aurinkolämmön taloudellinen potentiaali Suomessa (pientalot) ilman julkista tukea 10-20 GWh/v julkisella tuella 600 GWh/v Aurinkolämmön taloudellinen potentiaali Suomessa (ei pientalot) ilman julkista tukea kymmenen GWh/v julkisella tuella 1500 GWh/v Kansallinen aurinkoenergian toimenpideohjelma lähtötilanne Suomessa ja markkinoiden avaamisen hitaus tavoitteena 75-80 GWh/v vuonna 2010 investointi euro/m2 aurinkolämmön hinta, euro/mwh 700 600 500 400 300 200 100 0 150 100 50 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 aurinkokeräinpinta-ala, m2 0 200 400 600 800 1000 1200 aurinkolämmön tuotto, MWh/v copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 11
Aurinkolämpöjärjestelmän periaate auringon energialla voidaan tuottaa Suomessa lämpöä helmikuusta lokakuuhun parhaiten aurinkolämpö sopii lämpimän käyttöveden ja mukavuuslämmön tuottamiseen 2 district Peruslämpöjärjestelmä heating (kaukolämpö) Aurinkokeräimet collector area Lkv:n warm kierto water circulation Lämpövaraaja energy storage Patteriverkosto radiator network Kylmä cold water vesi copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 12
Aurinkolämpöjärjestelmän piirit Yhdysputkisto Kaukolämpö Vesivaraaja Aurinkokeräinmoduli Glykolipiiri Vesipiiri Asunnot Kylmä vesi Varaajan purkupiiri Glykolipiiri kiertää keräimissä, lämpötila yl. 60-80 o C, yli 150 o C mahdollinen 50% jäänesto-seos ( -30 o C) painetaso kohteesta riippuva ilmattava huolella (välikatolla ilmanpoistaja + venttiilit) virtaukset säädetty (pumpun käyntinopeus+säätöventtiilit) Vesipiiri keräinlämmönvaihtimen ja varaajan välillä lämpötilaohjattu 3-tieventtiili (varaajan ylä- tai keskiosa) Purkupiiri varaajan lämmön siirto asuntoihin lämmin käyttövesi (lkv) kaikissa, eräissä myös lattialämmitys pumpun ohjaus: varaajalle pyritään palauttamaan mahdollisimman kylmää vettä ja pyritään välttämään varaajan sekoittuminen virtauksen säätö copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 13
Aurinkolämpöjärjestelmän layout copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 14
Aurinkopiiri MaintenanceUnit Flow Meter, DN 35 Oventrop, 19 l/min inkl. dp-measurement Points 2,4 bar AD1 Nominal Volume:300 l (1 x 300 l) 2.6 bar P1 C Q=1.120 m³/h H= 7 mws WILOTop - S 30/10 1 ~ 230 V 80 m² Collector Area (8 x 10m2 ) Sensor T1 Safety Valve 6 bar DN 32 C DN32 manual dearerator Sensor T3 SWEP B25 / 30 WT1 SWEP B25 / 30 Detail of mounting sensor T3 Sensor T5 Safety Valve 3 bar 1" Points of intersection between the solarside andthe conventional building engineering. III C I II Three-Way-Valve Oventrop, 1" S2 S4 S1 C Sensor T6 4,5 m³ Buffer Tank C Aurinko-lämpöjärjestelmän LVI- ja kytkentäsuunnitelma Circulation Pump Hot Water Säätöyksikkö ohjaa aurinkopiirin pumppuja (pois/päälle) Radiator Network Distri c Netwo Suuri paisunta-astiatilavuus, koska koko keräinpiiri voi höyrystyä esim. pumpun vikatilanteessa Paisunta-astioiden oikea esipaineistus tärkeää Glykolipiiriin täyttö tehdään erillisellä täyttöpumpulla Cold Water C 1,2 bar FlowMeter, DN 25 Oventrop, 18 l/min inkl. dp-measurement Points S5 P2 Q= 1,06m³/h H=4,9 m WILOTOP - S 30/7 1~ 230 V S3 Sensor T2 Sensor T4 Mud separator Spirotech 1" 1" EnergyMeter - Delivered by the finnish side! Maintenance Unit 1 bar AD2 Nominal Volume: 600 l (2 x 300 l) Detail of m ounting sensor T3 Points of intersection between the solarside andthe conventionall building engineering. Heat exchanger Sensor T3 Secondarycircuit - Hot pipe Authority Date Version Fink 22.12.99 1 Solar Hot Water Preparation A r b e i t s g e m e i n ERNEUERBARE ENER Technisches Büro für Energ A-8200 Gleisdorf, Gartenga Tel.: 03112/5886-13, 17 Fax Proj ect: HELAS - Ekoviikki Description: Drawing Number: copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 15
Keräinkytkentä yksittäiset keräimet on kytketty toisiinsa katolla keräinriveistä tulee välikatolle putket läpivienneistä yhdysputkistossa sisäänmeno- ja ulostulolinjat jokaiseen keräimeen säädetty sama virtaus l/h/m 2 linja-säätöventtiilin lämpötilakesto väh. 150 o C putkien kiinnityksessä tulee huomioida lämpöliike putkisto on lämpöeristetty ja suojapellitetty keräinputkiston ilmaus tapahtuu välikatolla copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 16
Purkupiiri (lkv) manual dearerator Points of intersection between the solarside andthe conventional building engineering. Hot Water Sensor T1 80 m² Collector Area (8 x 10m2 ) DN32 Circulation Pump Radiator Network Distri c Netwo Safety Valve 6 bar Flow Meter, DN 35 Oventrop, 19 l/min inkl. dp-measurement Points C Detail of mounting sensor T3 S4 MaintenanceUnit 2,4 bar AD1 Nominal Volume:300 l (1 x 300 l) 2.6 bar P1 C Q=1.120 m³/h H= 7 mws WILOTop - S 30/10 1 ~ 230 V DN 32 FlowMeter, DN 25 Oventrop, 18 l/min inkl. dp-measurement Points Sensor T3 SWEP B25 / 30 WT1 SWEP B25 / 30 C 1,2 bar P2 Q= 1,06m³/h H=4,9 m WILOTOP - S 30/7 1~ 230 V Detail of m ounting sensor T3 Sensor T5 EnergyMeter - Delivered by the finnish side! Safety Valve 3 bar 1" 1" III C I II Three-Way-Valve Oventrop, 1" Mud separator Spirotech 1" 1 bar AD2 Nominal Volume: 600 l (2 x 300 l) S1 C Sensor T6 S2 S3 Maintenance Unit 4,5 m³ Buffer Tank Sensor T2 Points of intersection between the solarside andthe conventionall building engineering. Sensor T4 C S5 Cold Water Aurinkolämmön varaajalla esilämmitetään lämmintä käyttövettä Lämmön vaihtimelle tulee kylmä vesi (perusasento) Kesällä (kesäkuu-elokuu) voidaan lkv:n kierto myös kytkeä mukaan (kesäasento) Varaajan lämpötila voi nousta kesällä 95 o C:een (sekoitus!) Pumppu säätää virtausta lkv:n tarpeen mukaan Heat exchanger Sensor T3 Secondarycircuit - Hot pipe Authority Date Version Fink 22.12.99 1 Solar Hot Water Preparation A r b e i t s g e m e i n ERNEUERBARE ENER Technisches Büro für Energ A-8200 Gleisdorf, Gartenga Tel.: 03112/5886-13, 17 Fax Proj ect: HELAS - Ekoviikki Description: Drawing Number: copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 17
Purkupiiri (lkv+lattialämmitys) matalalämpötilaverkosto varaajan lämpötila voi nousta 95 o C:een (sekoitus!) menoveden lämpötilan säätö passiivisesti tai moottoriventtiilillä copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 18
Esimerkki aurinkokeräimen rakenteesta section B-B bottom EPDM hollow rubber seal adhered with silicone EPDM overlay rubber aluminum profiles 30x30x3 silicone used as insulation for gaps at edge profiles sheet metal profiles (30x25) sheet metal connection copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 19
Vesivaraajat aurinkolämmön varasto, keräimet+varaaja muodostavat aurinkolämpöjärjestelmän varaajasta otetaan lämpöä kulutukseen, varaaja voidaan kytkeä pois kaukolämpöjärjestelmästä Storage - Hydraulic Connections (See also the hydraulic scheme!) 2" (S1) 2" (S4) 2" (S5) 1/2" (T4) 2" 2"(S2) 1/2" 2" (S6) 1/2" 2" (S7) 1/2" (T5) ca. 3000 l ca. 6000 l ca. 8000 l ca. 9500 l max. 3750 mm 1/2" 1/2" (T2) 2" (S3) 3/4" Sump Drainage ca. 50 mm 2" (S4) ATT 2: Storage Volume: ca. 12.500 l Hmax = 3750 mm Dmax = 2250 mm 2" 2" 1/2" Dmax = 2250 mm copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 20
Esimerkki säätöyksiköstä säätöyksikkö ohjaa ja säätää aurinkolämpöjärjestelmien toimintaa pumppujen (A1, A2) ja 3-tieventtiilin (A3) asetusarvot aurinkolämpöjärjestelmän lämpötilojen näyttö, pumppujen käyntiajat aurinkokeräinten lämpötila-anturi (F1/T3) toimii keskeisenä ohjausanturina Anturi (numero) Selitys F1 F1-F8 Jos arvon edessä on *, on anturi 1 PT-1000 tyyppinen. F1 F3 Lämpötila-anturi 1 (Aurinkokeräin) Lämpötila-anturi 3 A1 F5 F7 F8 F2 F4 Lämpötila-anturi 2 Lämpötila-anturi 4 A3 F5 F6 Lämpötila-anturi 5 Lämpötila-anturi 6 A2 F3 F6 F7 F8 Lämpötila-anturi 7 Lämpötila-anturi 8 SKS 3 Control Unit Asetusarvot F1 noin 20 O C korkeampi kuin F6 Pumppu käy ja F1 5 O C alempi kuin F6 F1 yli 115 o C Selitys A1 ja A2 pumput käynnistyvät Pumppu pysähyy Ylilämpötilanne, pumppu pysähtyy copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 21
Glykolipiirin täyttö ja ilmaus Glykolipiirin täyttö Käytetään täyttöpumppua,joka kytketään glykolipiiriin Täyttöastiaan kaadetaan jäänestoaine sekoitettuna Avataan sulkuventtiilit ja käynnistetään pumppu Lisätään jäänestoainetta täyttöastiaan kunnes haluttu painetaso on saavutettu (esim. 2.6 bar) Glykolipiirin ilmaus täytön yhteydessä Glykolipiirin ajo glykolitäyttöpumpulla (tyhjennetään ja täytetään samanaikaisesti) Ylhäältä välikatolla päästetään sulkuventtiilin kautta korkeimmasta kohdasta nestettä astiaan, viedään alas ja pumpataan takaisin piiriin (useampi käynti) Ilmataan välikatolla ilmausruuvista (useampi käynti) Kunkin keräinrivistö ilmataan erikseen (ei aurinkoisella säällä, koska muut rivit kiehuvat) Ilmausta varten hyvä liittää kunnon sulkuventtiili/tyhjennysventtiili ylös välikatolle Glykolipiirin jäänestonaineen kestävyyden mittaus Jäänestoaineena propyleeniglykoli, jossa korroosionestoinhibittoreita 50%, - 35 o C pakkasenkesto (mitataan refraktometrillä) lisätään glykolitäyttöpumpulla vanhaan jäänestoaineeseen hyvin sekoittaen copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 22
Vuositarkastukset suoritetaan 1 kerta vuodessa, voidaan tehdä talvella kestää n 0,5-1 tunnin TARKISTUSPISTE TOIMENPIDE Keräinlasi tarkistetaan kunto, puhdistetaan visuaalinen tarkistus tarvittaessa lika pois Keräin tiivisteiden tarkistus välikatolla tuntoanturin tarkistus Putkisto paine ja kunto tarkistetaan lämmönjakohuoneessa ja välikatolla mahdollisen ilman poisto (ilmanpoistajan ruuvilla) mudanerottimien puhdistus Pumppu kaikkien pumppujen toiminta lämmönjakohuoneessa tarkistetaan Anturit toiminta tarkistetaan lämmönjakohuoneessa ja säätöyksiköstä Säätöyksikkö kunnon tarkistus lämmönjakohuoneessa säätöyksiköstä Paisunta-astiat tarkistetaan kunto yl. lämmönjakohuoneessa tai porraskäytävässä Jäänestoaine Jäänestoaineen väri tarkistetaan, että pitoisuus on riittävä (min 3 vuoden välein) himmeneminen voi olla merkki korroosionestoaineen loppumisesta (min 3 vuoden välein) jäänestokyky voidaan mitata refraktometrillä (Ekoviikissä 1 kpl) copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 23
Yleisimmät syyt käyntiongelmiin 1. glykolipiirissä ilmaa, ilmaus ei ole suoritettu tarpeeksi hyvin 2. sulake palanut 3. pumppu rikki 4. lämpötila-anturi keräimissä (välikatto) rikki 5. paisunta-astian esipaineistus väärä (esim. ei riittävä) 6. glykolipiirissä ei tarpeeksi nestettä 7. säätöyksikön asetusarvot ovat väärät 8. sulkuventtiilit väärässä asennossa (esim. kesä-talvi asento) copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 24
Mahdolliset ongelmatilanteet Oireet 1=järjestelmä ei lämpene 2=pumppu pitää kovaa ääntä 3=järjestelmässä ei painetta 4=nestettä ylivuotoämpärissä 5=säätöyksikössä ei näyttöä 6=säätöyksikkö näyttää väärin 7=varaaja kuumenee liikaa 8=keräin lämpenee yöllä 9=suuria painevaihteluita 10=varaaja kylmenee yöllä 11=ilmakuplia putkistossa Toimenpiteet 1. omistaja suorittaa ensitarkastuksen (listan pohjalta) ja pyrkii selvittämään ongelman syyn 2. ongelman ratkaisu tai tilapäisratkaisu tai tarvittaessa aurinkolämpöjärjestelmän kytkeminen pois päältä 3. lisäasiantuntemuksen kutsuminen paikan päälle - LVI-asennusliike copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 25
Tarkistuslista ongelmatapauksissa ONGELMA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 TOIMENPIDE Järjestelmässä ilmaa X X X X X Putkisto ilmataan Pumppu tukossa X Pumppu avataan ja puhdistetaan Pumpussa vika X X Pumppu huolletaan Pumpun kierrosnopeus on väärä X X Kierrosnopeutta muutetaan pykällä Likaa pumpussa X Pumppu avataan ja puhdisetaan Putkisto vuotaa X X Putkisto tiivistetään Järjestelmä kiehuu, ylipaineventtiili auennut X X X X X Järjestelmä täytetään, suurempi paisunta-astia Anturivika X X X X X Anturi vaihdetaan Anturi asennettu väärin X X X X X Anturi kiristetään kiinni Pumppu asennettu väärin X Pumppu kiristetään kiinni Ei jännitettä X X Sulake tarkistetaan Säätöyksikössä vika X X X X X X Yksikkö vaihdetaan Lämmönvaihtimessa likaa X Lämmönvaihdin puhdistetaan Eristeet puuttuvat X X Järjestelmä eristetään Putkistossa liian vähän jäänestoainetta X Lisätään jäänestoainetta Pumpun yksisuuntaventtiili auki X X Suljetaan venttiili Sulkuventtiili kiinni X Avataan venttiili Paisunta-astian paine liian pieni X X x Esipainetta lisätään Paisunta-astia liian pieni X X Vaihdetaan suuremmaksi tai lisätään toinen copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 26
Lämpötila-anturin rikkoutuminen rikkoutumisen havaitseminen säätö ei toimi anturin arvo epärealistinen vaihtaminen lämpötila-anturi on erillisessä anturitaskussa yhdessä keräinmodulissa kaksijohtoinen anturikaapeli kiinni pienessä jakorasiassa vara-anturit Yksi vara-anturi kannattaa toimittaa järjestelmän mukana copyright 2006 SOLPROS, EU Earth-projekti 27